计算机图形学课程-计算机动画
第六章_计算机动画
左图显示一个被贴了标示物（白色小球）的演员在 场地中跑步，右图是Vicon370系统所采用的特殊红 外照相机，只捕捉白色标示物。
3、二维动画软件
Animator Studio Flash Ulead Gif Animator
Animation Stand二维卡通软件
Animation Stand是一个流行的非常二维卡通 软件，全球最大卡通动画公司如沃尔特、华纳 兄弟、迪斯尼和Nckelodeon，皆曾采用 Animation Stand作为二维卡通动画软件，用 于生产最原本的图样、独创的和完全动画化的 系列片，为娱乐业的商业应用。
2、二维动画的制作过程
(1) 制作声音对白和背景音乐 (2) 制作关键画面 (3) 绘制动画画面 (4) 复制到胶片上 (5) 上色 (6) 核实检查动画画稿 (7) 拍摄电影胶片 (8) 后期制作
三维动画的制作过程
在动画技术当中，最有魅力并应用最广的当然是三 维动画。因为我们的世界是立体的，只有三维才让 我们感到更真实。二维动画可以看成三维动画的一 个分支，它的制作难度及对电脑性能的要求都远远 低于三维动画。 三维动画之所以被称作计算机生成动画，是因为参 加动画的对象不是简单地由外部输入的，而是根据 三维数据在计算机内部生成的，运动轨迹和动作的 设计也是在三维空间中考虑的。 计算机3D动画的制作过程主要有建模、编辑质材、 贴图、灯光、动画编辑和渲染几个步骤。
动画原理
● 早期的动画 ● 视觉效果
观看动画的机器1906
教学进程
什么是动画
动画是通过连续播放一系列画面，给视觉造成连续变化 的图画。 基本原理与电影、电视一样，都是视觉原理。医学已证 明，人类具有“视觉暂留”的特性，就是说人的眼睛看到 一幅画或一个物体后，在1/24秒内不会消失。利用这一 原理，在一幅画还没有消失前播放出下一幅画，就会给 人造成一种流畅的视觉变化效果。 电影采用了每秒24幅画面的速度拍摄播放，电视采用了 每秒25幅（PAL制）或30幅（NSTC制）画面的速度拍摄 播放。如果以每秒低于24幅画面的速度拍摄播放，就会 出现停顿现象。
(电脑)高级动画制作详解(计算机讲座教学培训课件)
图6-5 “世界杯”动画效果
（计算机讲座教学培训课件）
制作“世界杯”动画实例步骤如下： 单击菜单栏中的【文件】/【打开】命令，打开教学资源 包\素材\第六章/”目录下的“世界杯.fla”文件，如图66所示。
（计算机讲座教学培训课件）
6.2 遮罩动画
同前面学习的运动引导层动画相同，在flash中遮罩动画 的创建至少需要两个图层才能完成，分别是遮罩层和被 遮罩层，位于上方用于设置遮罩范围的图层被称为遮罩 层，而位于下方则是被遮罩层，遮罩层如同一个窗口， 通过它可以看到其下被遮罩层中的区域对象，而被遮罩 层区域以外的对象将不会显示。另外，在制作遮罩动画 时还需要注意；一个遮罩层下可以包括多个被遮罩层， 不过按钮内部不能有遮罩层，也不能将一个遮罩应用于 另一个遮罩。
遮罩层 被遮罩层
图6-15 使用“遮罩层”命令创建遮罩层
（计算机讲座教学培训课件）
2.使用“图层属性”对话框创建遮罩层 在【图层属性】对话框中除了可以用于设置运动引导层 外，还可以设置遮罩层与被遮罩层，具体操作如下： （1）选择【时间轴】面板中需要设置为遮罩层的图层， 单击菜单栏中的【修改】/【时间轴】/【图层属性】命令， 或者在该图层处单击右键，选择弹出菜单中的【属性】 命令，都可弹出【图层属性】对话框。 （2）在【图层属性】对话框中，选择“类型”选项的 “遮罩层”选项，如图6-16所示。 （3）单击“确定”按钮，此时，将当前图层设为遮罩层， 如图6-17所示。
（计算方机讲座教法学培训二课件） ：通过在“图层属性“对话框中进行设置。 1.使用“添加传统运动引导层“命令创建运动引导层 使用“添加传统运动引导层“命令创建运动引导层式最为方便的一种 方法，具体操作如下： （1）在【时间轴】面板中选择需要创建运动引导层动画的对象所在 的图层。 （2）然后单击鼠标右键，在弹出菜单中选择【添加传统运动引导层】 命令，即可在刚才所选图层的上面创建一个运动引导层（此时创建的 运动引导层前面的图标以显示），并且将原来所选图层设为被引导层。 如图6-1所示。
计算机动画
计算机动画所谓动画也就使一幅图像“活”起来的过程。
使用动画可以清楚的表现出一个事件的过程，或是展现一个活灵活现的画面。
动画是一门通过在连续多格的胶片上拍摄一系列单个画面，从而产生动态视觉的技术和艺术，这种视觉是通过将胶片以一定的数率放映体现出来的。
而计算机动画是指采用图形与图像的处理技术，借助于编程或动画制作软件生成一系列的景物画面，其中当前帧是前一帧的部分修改。
计算机动画是采用连续播放静止图像的方法产生物体运动的效果。
计算机动画分：二维动画和三维动画。
二维动画：平面上的画面。
纸张、照片或计算机屏幕显示，无论画面的立体感多强，终究是二维空间上模拟真实三维空间效果。
三维动画：画中的景物有正面、侧面和反面，调整三维空间的视点，能够看到不同的内容。
1.计算机动画的发展历史：随着计算机图形学的不断发展，计算机在动画制作过程中发挥的作用也越来越大，现今动画片的制作是很少能离开得计算机。
传统的动画采用连续画面技术，将一系列手工制作的单独画面拍摄在胶片上，以每秒24帧的速度播放，利用人的视觉暂留产生动作变化的效果，形成连续的动画。
计算机动画是借助计算机生成一系列动态实时演播的连续图像技术。
计算机动画的研究始于20世纪60年代初。
1963年美国A T&T Bell实验室制作了第一部计算机动画片。
在80年代之前，计算机动画主要集中于二维动画系统的研制，应用于教学演示和辅助传统的动画片制作。
三维动画的研究始于70年代初，当时开发了一些三维计算机动画系统。
直至80年代中后期，由于具有实时处理能力的超级图形工作站的出现，三维几何造型技术和真实感图形生成技术取得很大进展，促进了具有高度逼真效果的三维计算机动画技术迅速发展，并达到实用商品化地步。
到90年代初，计算机动画技术应用于电影特技取得了显著成就。
与此同时，为适应科学研究与复杂系统中的动态模拟、视觉模拟、机器人学和生物力学等领域的需求，基于物理的造型和动画的研究的开展，已成为计算机动画研究中的一个重要课题。
计算机动画研究简析
（） ２ 隐式 曲面 的造型和 动画研究 。２ ０世纪 ８ ０年代初期 开始 ，出 现 了一种新 的元球 造型技术 （ ｅ ａ ａ １ ，并且逐渐成为人们研究 ｍ ｔ １ ） ｂ 的热点 ，元球造 型属于隐式 曲面造型 ，该技术采用具有等 势场值的 点 集来定 义 曲面 ，其 在表 现水 滴等可 变形 的物体 方 面有很 大的优 势 ，因而 对于 柔性 物体 的动 画非 常有 效。 （ 运动捕 获和运 动重现。运动捕获 （ ｏ １ ｎ ａ ｔ ｒ 采 ３） ｍ ｔ ｏ ｃ ｐ ｕ ｅ） 用软硬件 系统记 录表演者 的真 实运动信息 ，并把动作过程 复制到虚 拟人 物上 。运 动捕 获 技术 在 电影 中取 得 了非常 大 的成 功 ，《 指环 王 》中虚拟 角色古鲁姆 的大部分肢体和脸 部表情动作 以及树怪 的动 作就 是 通 过 捕 获 表 演者 的 动 作 实现 的 。运 动重 现 （ ｏｎ ｍｏｔ１ ｒｔ ｒｅ ｉｇ） ｅａｇ ｔｎ 可以把一个角色的关节运 动的数据币脸部表情动画的 ｎ 数据 赋给另一个具 有相同关节结构但 具有不同关节长度 的角色 ，并 能保 持原有动画的质量 ］ 。 （ 三维 Ｍ ｒ ｈ ｎ 技术研究。三维 Ｍ ｒ ｈ ｎ 是指一个三维物 ４） ｏ ｐ １ｇ ｏｐ ｊｇ 体光滑连续地变换 为另一个三维物体 的过程 。二维 Ｍ ｒ ｈ ｎ 技术 已 ｏ ｐ １ｇ 经 比较成 熟 ，并且 在影视 特效等 领域 取得 了广 泛应 用。尽 管三维 Ｍ ｒ ｈ ｎ 方法Ｂ－ 维 Ｍ ｒ ｈ ｎ ｏ ｐ ｉｇ ； ｏ ｐ ｉｇ复杂得多 ， 并且仍存在各种各样的缺 陷 ，但 由于 能够生成更逼真和 生动的特技效果 ，所 以它还是 吸引 了 越来 越 多研究 者的 目光 。 （ ） 工生命 和动 画的 结合 。用于运 动控 制的关键 帧技 术虽 ５ 人 然已经 制作 出了许 多成 功的计算机 动 画作 品 ，但 仍存在一 些问题 ， 如动画 中的 动物 缺少生命特征 ， 不够 自然 ；动画中的角色难 以自行 适应其所处环境 ， 乏 自主性和 自协调 能力 ；动画制作需要动画 师 缺 去干预 和制 作人 工动物 细节 的情 景和繁 琐的 动作 ，耗费 的大量 劳 动 ，自 化水平低 ； 动 动画效 果的好 坏往往依赖 于动 画师的技巧和经 验等等 。人 工生 命是 当前生 命科学 、信 息科学 、系统科学 及工 程 技术科 学的 研究热 点 ，也是人 工 智能 、计算机 、自动化科 学技 术 的发展 方向之一 。涂晓媛博 士研究开发 的计 算机 动画 “ 工鱼 ”被 人 学术界 称之为 “ 晓媛 的鱼 ”（ １ ｏ ｕ ’ ｆ ｈ） Ｘ Ｙ ｎ ｓ １ ，她开发 的 “ ａ ａ ｓ 人 工生命 ”一 “ 人工鱼 ” ａ ｔ ｆ ｃ ａ １ｈ） （ ｒ １ １ １ １ ｓ 是基于生物物理和智能 ｆ 行为模型 的计算机动 画新 技术 ，是在虚拟海洋 中活 动的人工鱼 ，它 具 有人 工生 命 的 特征 ，具 有 “ 自然 鱼 ”的 某 些 生命 特 征 ，如 ． 意 图 、 习性 、感 知 、动 作 、行 为等 ，具 有极 高 的学 术 价 值 ，并 且为 国内的计 算机动 画开发者提 供 了新 的思路 。“ 人工鱼 ”的动画 创作方法和技术 ，已经突破 了传统 的计 算机动画的框 架 ，是新一代 的计算机动画创作方 法和技术 ，为计 算机 动画的创作开拓 了新途径 。
计算机动画原理
• 在实际应用中，图形、图像技术又是相互关 联的。把图形、图像处理技术相结合，可以 使视觉效果和质量更加完善，更加精美。
• 从技术发展趋势和应用要求看，两者的结合 既有必要性，又有可能性。
• 1. 必要性 利用两种技术进行完美逼真的立 体成像
• 2. 可能性 都以像素为基础
图形与图像的对比与区别
项目 位 图
由像素组成的， 表示 用若干位来定义
图中每个像素点 的颜色
放大 模糊、失真
文件 相对较大 大小
矢量图
用矢量表示图的轮廓， 用数学公式描述图中所 包含的直线段、曲线段 、圆弧等图形的形状
依然清晰
相对小
1.1.2 图形的表示方法
• 点阵法 • 参数法
图形的点阵法
• 点阵法是在实现阶段用具有颜色信息的像 素点阵来表示图形的一种方法，描述的图 形常称为图像。
坐标系之间的变换
• 写成矩阵形式：
– Q0=P0 + [q1，q2，q3] {v1，v2，v3} T – {u1，u2，u3} T =M {v1，v2，v3} T – 其中:
坐标系之间的变换
• 对于空间中的任一个点D ,如果已知D点在坐标系II中的 坐标为[d1d2d3]
• 则：
– D= P0+ [d1d2d3] {v1，v2，v3} T
在 由绘 锯图 齿机 形上 折， 线线 组条 成 。
（圆弧见例图）
基础知识
第二章第二节 图形变换
2.1 图形变换的数学基础
• 矢量、点和欧氏空间 • 坐标系和坐标 • 矩阵与坐标变换 • 齐次坐标的引入
矢量
• 矢量具有确定的方向和大小（长度） • 矢量是流动的，无位置概念 • 矢量的运算 C=A+B
计算机图形学 计算机动画ppt课件
刚体的运动 ; 柔体的运动 ;
关节体的运动 ; 随机体的运动 ;
3.2.3 计算机动画制作的工具环境
3.2.4 学习动画制作精选的课件方PPT法及途径
3
刚体的运动
(1) 关键帧插值法 (2) 运动轨迹法 (3) 运动动力学法
精选课件PPT
4
柔体的运动
(1) 变形（deformation)
1. 运动学与逆向运动学方法; 2. 粒子动画、分形动画、L系统文法方法;
3.1.3.3 人物动画技术(Character Animation)
1. 人体工厂(human factory)与角色合成(actor Systhesis) 2. 面部表情(compression); 3. 机器人技术(robotics techniques)
动画演示
精选课件PPT
17
3.2.2 动画的设计与制作
一个典型的三维动画系统的结构是:
三维建模 ＋ 真实感模拟
物理规则 ＋ 知识表达 ＋ 传统动画方法
＼／
＼∣／
造型表达
＋ 运动表达
＼
／
三维动画
精选课件PPT
18
3.2.2.1 造型表达 = 三维建模 + 真实感模 拟
三维建模方法 1. 模型推导法 2. 推移法(sweep), 放样(loft), 旋转加工(lathe)
《谁陷害精了选兔课子件罗PP杰T ？》动画片
12
90年代: 动力学仿真技术、三维仿真演员系统 自主动画(面向目标的动画)
3.1.2.2 作品里程碑
1. “Mr. Computer Image ABC”, (计算机产生的人物动画, 1962)
2. “旅行者二号”, (JPL实验室,70年代后期)
计算机动画基础知识
计算机动画基础知识计算机动画是指利用计算机技术制作动画的过程，包括建模、动画制作、灯光效果、材质贴图等技术。
计算机动画技术发展迅速，已广泛应用于影视制作、游戏开发、广告宣传等领域。
以下是计算机动画基础知识的介绍。
一、3D建模3D建模是计算机动画制作的基础。
在计算机中，我们把空间分为三维坐标系，即X轴、Y轴和Z轴。
3D建模就是利用这个坐标系来绘制三维图形。
常见的3D建模软件有3D Studio Max、Maya、Blender等。
建模的过程包括选择所需要的立体图形、构建虚拟的三维模型、调整模型的形状和比例，以及添加纹理等。
建模是一项艺术性和创造性极强的工作，需要艺术家或设计师具备较强的设计能力和审美能力。
二、动画制作动画制作是计算机动画制作的另一个重要环节。
动画制作旨在通过呈现一系列连续的图像（也称为“帧”）来创造一种连续的动态效果。
通常情况下，每秒钟播放的帧数为24帧。
动画制作的过程包括创建场景、拍摄镜头、添加角色及其动作、调整灯光效果和材质贴图等。
动画制作是一项高难度的工作，需要动画师具备丰富的经验和技能。
三、灯光效果灯光效果是决定计算机动画质量的一个重要因素。
有一个好的灯光效果可以使画面更加逼真、生动，反之则缺乏真实感。
灯光效果制作的过程包括选择灯光类型、调整灯光强度和颜色、确定灯光照射的位置和角度，以及调整阴影等。
四、材质贴图材质贴图是为了使计算机制作的图像看起来更加真实，常常会在图像表面贴上各种材料的外观贴图。
常见的材质包括木材、金属、纸张和布料等。
材质贴图制作的过程包括选择材质类型、粘贴材质贴图，以及调整贴图的大小和颜色等。
五、特效制作特效制作是计算机动画中特殊效果的制作，如爆炸、火焰、水面波纹等等。
这些特效可以让画面更加生动、逼真。
特效制作的过程包括选择特效类型、添加特效素材、调整特效参数、以及调整特效的时序等。
六、总结计算机动画制作需要多种技术的综合运用，包括三维建模、动画制作、灯光效果、材质贴图和特效制作等。
计算机图形学完整ppt课件
工业设计
利用计算机图形学进行产品设计、仿 真和可视化，提高设计效率和质量。
建筑设计
建筑师使用计算机图形学技术创建三 维模型，进行建筑设计和规划。
计算机图形学的相关学科
计算机科学
计算机图形学是计算机科学的一个重 要分支，涉及计算机算法、数据结构、 操作系统等方面的知识。
物理学
计算机图形学中的很多技术都借鉴了 物理学的原理，如光学、力学等，用 于实现逼真的渲染效果和物理模拟。
02
03
显示器
LCD、LED、OLED等，用 于呈现图形图像。
投影仪
将计算机生成的图像投影 到大屏幕上，用于会议、 教学等场合。
虚拟现实设备
如VR头盔，提供沉浸式的 3D图形体验。
图形输入设备
键盘和鼠标
最基本的图形输入设备，用于操 作图形界面和输入命令。
触摸屏
通过触摸操作输入图形指令，常 见于智能手机和平板电脑。
多边形裁剪算法
文字裁剪算法
判断一个多边形是否与另一个多边形相交， 如果相交则求出交集部分并保留。
针对文字的特殊性质，采用特殊的裁剪算法 进行处理，以保证文字的完整性和可读性。
05
光照模型与表面绘制
光照模型概述
光照模型是计算机图形学中用于模拟光线与物体表面交互的数学模型。
光照模型能够模拟光线在物体表面的反射、折射、阴影等效果，从而增强图形的真 实感。
二维纹理映射原理
根据物体表面的顶点坐标和纹理坐标，计算出每个像素点对应的纹 理坐标，从而确定像素点的颜色值。
二维纹理映射实现方法
使用OpenGL中的纹理映射函数，将纹理图像映射到物体表面。
三维纹理映射技术
三维纹理坐标
定义在三维空间中的坐标，表示纹理图像上的位置。
计算机图形学教学大纲
《计算机图形学》（Computer Graphics）教学大纲一、课程代码：03080251二、课程类型：必修课三、课程性质：专业基础课四、学分：3 课时：48(36理论+12实验)五、考核方式：考试六、先修课程：C程序设计，数据结构，高等数学，线性代数，计算机组成原理七、适用专业：计算机科学与技术专业八、课程教学目标：通过学习达到下列基本要求：1．掌握计算机图形学及图形系统的基本概念，了解图形外围设备的工作原理和特性，了解计算机图形标准的基本知识；2．掌握基本图元及常用曲线的生成算法；3．熟练掌握投影变换、图形变换、裁剪、填充等图形处理的常用算法；4．熟练掌握三维形体及常用曲面的表示方法，能够处理三维图形的消隐问题；5．熟练掌握一种语言的图形函数和图形程序的设计技能，具有开发以图形为主的软件设计基本能力。
九、说明：计算机图形学是一门复杂的综合性新兴学科，是建立在传统的图学理论，现代数学和计算机科学基础上的一门边缘性学科，是面向二十一世纪计算机学科的主科目。
通过本课程的学习使学生系统掌握计算机图形学的基本理论，基本算法；能正确评价、完善、编程实现所学的算法，具备创造更高效算法的意识；具有编写计算机图形应用软件的能力。
具备将图形学的研究思想运用到其它领域以解决相关问题的能力；初步具备在图形学领域进行研究的能力。
1、使用教材及参考资料教材选用：《计算机图形学基础教程》孙家广编著，清华大学出版社参考教材：《计算机图兴学》，孙家广编著，清华大学出社, 2002《计算机图形学》，张全伙张剑达编著，机械工业出版社《计算机图形学教程》，唐荣锡、汪嘉业等编著，科学出版社2005十、基本教学内容及课时分配：（一）教学内容：第一章：绪论【教学目的与要求】理解计算机图形学的基本思想。
掌握下列概念：图像、图形、计算机辅助设计与制造、可视化、图形显示和图形绘制。
了解计算机图形学的研究内容及发展简史、计算机图形学的应用和图形设备的基本原理。
计算机图形学PPT课件
三维图形投影方法
正投影
平行光线垂直投射到投影面上 ，形成物体的正投影。
斜投影
平行光线与投影面成一定角度 投射，形成物体的斜投影。
透视投影
从视点出发，通过透视变换将 三维物体投影到二维平面上。
阴影生成
根据光源位置和物体形状，计 算阴影的位置和形状。
05
真实感图形绘制技术
Chapter
消隐技术
消隐算法分类
计算机图形学PPT课件
目录
• 引言 • 图形系统基础 • 基本图形生成算法 • 三维图形变换与观察 • 真实感图形绘制技术 • 曲线与曲面绘制技术 • 计算机动画技术 • 计算机图形学前沿技术
01
引言
Chapter
计算机图形学概述
01
02
03
计算机图形学定义
研究计算机生成、处理和 显示图形的一门科学。
平移变换 旋转变换 缩放变换 镜像变换
将三维图形沿x、y、z方向移动一 定距离，不改变图形形状和大小 。
在x、y、z方向分别进行缩放，可 改变图形的大小和形状。
三维图形复合变换
变换顺序
先进行缩放、旋转，再进行平移，注意变换顺序对结果的影响。
变换矩阵
将各种基本变换表示为矩阵形式，便于进行复合变换的计算。
医学诊断
通过计算机图形学技术，医生可以更 直观地了解病人病情，进行更准确的 诊断和治疗。
军事模拟
计算机图形学在军事模拟和训练中发 挥重要作用，提高训练效果和作战能 力。
THANKS
感谢观看
通过模拟自然现象或物理过程，生成具有真实感的动画效 果。
过程动画制作流程
建立自然现象或物理过程的数学模型，利用计算机图形学 技术模拟模型的运动和变化过程，生成具有真实感的动画 效果。
计算机图形学基础知识
计算机图形学基础知识计算机图形学是研究如何利用计算机生成和处理图形的学科。
它涵盖了许多领域，如计算机图像处理、计算机辅助设计和虚拟现实等。
掌握计算机图形学的基础知识对于理解和应用这些领域至关重要。
本文将为您介绍计算机图形学的基础知识，并分步详细列出相关内容。
1. 图形学的基础概念- 图形：在计算机图形学中，图形指的是一系列点、线和曲面等的集合。
- 图像：图像是图形学的一种特殊形式，它是由像素组成的二维数组。
- 基本元素：计算机图形学中的基本元素包括点、线和曲面等。
它们是构成图形的基本构件。
2. 图像表示与处理- 位图图像：位图图像是由像素组成的二维数组，每个像素保存着图像的颜色信息。
- 矢量图形：矢量图形使用几何形状表示图像，可以无损地进行放缩和旋转等操作。
- 图像处理：图像处理包括图像的增强、滤波、压缩和分割等操作，用于改善和优化图像。
3. 坐标系统和变换- 坐标系统：坐标系统用于描述和定位图形。
常见的坐标系统有笛卡尔坐标系统和极坐标系统等。
- 变换：变换是指将图形在坐标系统中进行移动、缩放和旋转等操作。
4. 二维图形学- 线性插值：线性插值是计算机图形学中常用的插值方法，用于在两点之间生成平滑的曲线。
- Bézier曲线：Bézier曲线是一种常用的数学曲线模型，可以用于生成平滑的曲线。
- 图形填充：图形填充是指将图形的内部区域用颜色填充，常用的填充算法有扫描线填充算法和边界填充算法。
5. 三维图形学- 三维坐标系统：三维坐标系统用于描述和定位三维空间中的点、线和曲面等。
- 三维变换：三维变换包括平移、缩放、旋转和投影等操作，用于改变和调整三维图形。
- 计算机动画：计算机动画是利用计算机生成连续变化的图像序列，用于呈现逼真的动态效果。
总结：计算机图形学是研究利用计算机生成和处理图形的学科。
它涵盖了图像表示与处理、坐标系统和变换等基础知识。
在二维图形学中，线性插值和Bézier曲线是常用的技术，图形填充则可以实现对图形内部区域的着色。
《计算机图形学》课程教学大纲
《计算机图形学》课程教学大纲《计算机图形学》课程教学大纲一、课程概述《计算机图形学》是一门研究计算机生成和操作图形的学科。
本课程旨在让学生掌握计算机图形学的基本原理和技术，包括图形处理流程、几何变换、光照模型、纹理映射、曲线和曲面构造等。
通过本课程的学习，学生将了解计算机图形学在游戏开发、电影制作、虚拟现实等领域的应用，并为进一步深入相关领域的研究和工作打下基础。
二、课程目标1、掌握计算机图形学的基本原理和流程，了解图形处理单元（GPU）的工作方式。
2、熟悉常用图形库和开发工具，能够使用它们进行基本的图形编程。
3、学习并掌握常见图形算法和数据结构，如凸包、BSP树、八叉树等。
4、理解并掌握光照模型、纹理映射、曲线和曲面构造等基本技术。
5、了解计算机图形学在各个领域的应用，并能够根据实际需求进行简单的应用开发。
三、课程内容1、计算机图形学概述：介绍计算机图形学的定义、发展历程和应用领域。
2、基本图形生成：讲述如何使用数学表达式生成基本图形，如直线、圆、多边形等。
3、图形变换：介绍几何变换的基本原理和方法，包括平移、旋转、缩放等。
4、光照模型：介绍光照的基本原理和常见光照模型，如Phong模型、Blinn-Phong模型等。
5、纹理映射：讲述如何将图像映射到几何表面上，实现表面的纹理效果。
6、曲线和曲面构造：介绍曲线和曲面的基本概念和构造方法，如Bezier曲线、B样条曲线等。
7、图形算法与数据结构：学习凸包、BSP树、八叉树等常见图形算法和数据结构。
8、图形软件和工具：介绍常用图形软件和开发工具，如OpenGL、Unity、Maya等。
9、计算机图形学应用：探讨计算机图形学在游戏开发、电影制作、虚拟现实等领域的应用。
四、教学方法1、理论教学：通过课堂讲解，让学生掌握计算机图形学的基本原理和技术。
2、实践教学：让学生在计算机上实践操作，使用编程语言和图形软件实现各种图形效果。
3、案例分析：通过分析实际案例，让学生了解计算机图形学的应用场景和技术要求。
第17课电脑动画(教案)
3.成果展示：每个小组将向全班展示他们的讨论成果和实验操作的结果。
（四）学生小组讨论（用时10分钟）
1.讨论主题：学生将围绕“电脑动画在实际生活中的应用”这一主题展开讨论。他们将被鼓励提出自己的观点和想法，并与其他小组成员进行交流。
2.引导与启发：在讨论过程中，我将作为一个引导者，帮助学生发现问题、分析问题并解决问题。我会提出一些开放性的问题来启发他们的思考。
3.具体内容：
（1）了解帧动画和补间动画的概念；
（2）学习动画制作软件的基本界面和工具；
（3）通过实例，学习制作一个简单的帧动画；
（4）学习运用补间动画，制作简单的过渡效果；
（5）进行作品展示，评价与总结。
二、核心素养目标
1.信息素养：培养学生通过电脑动画制作，掌握信息处理和表达的能力，提高信息素养。
-学习评价动画作品，提高审美鉴赏能力；
-注重动画作品的美感，提升自身审美水平。
4.团队合作：培养学生与他人协作的能力，增强团队意识。
-在动画制作过程中，学会与同学沟通交流，共同解决问题；
-通过团队协作，完成具有一定难度的电脑动画作品。
三、教学难点与重点
1.教学重点
-掌握电脑动画的基本概念和类型，如帧动画、补间动画等；
3.重点难点解析：在讲授过程中，我会特别强调帧动画的制作步骤和补间动画的设置这两个重点。对于难点部分，我会通过实际操作和比较来帮助大家理解。
（三）实践活动（用时10分钟）
1.分组讨论：学生们将分成若干小组，每组讨论一个与电脑动画相关的实际问题，如如何制作流畅的过渡效果。
计算机图形学在动画制作上的应用
计算机图形学在动画制作上的应用一、计算机图形学简介计算机图形学(Computer Graphics，简称CG)是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。
简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。
图形通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何属性组成。
从处理技术上来看，图形主要分为两类，一类是基于线条信息表示的，如工程图、等高线地图、曲面的线框图等，另一类是明暗图，也就是通常所说的真实感图形。
计算机图形学一个主要的目的就是要利用计算机产生令人赏心悦目的真实感图形。
为此，必须建立图形所描述的场景的几何表示，再用某种光照模型，计算在假想的光源、纹理、材质属性下的光照明效果。
所以计算机图形学与另一门学科计算机辅助几何设计有着密切的关系。
事实上，图形学也把可以表示几何场景的曲线曲面造型技术和实体造型技术作为其主要的研究内容。
同时，真实感图形计算的结果是以数字图像的方式提供的，计算机图形学也就和图像处理有着密切的关系。
图形与图像两个概念间的区别越来越模糊，但还是有区别的：图像纯指计算机内以位图形式存在的灰度信息，而图形含有几何属性，或者说更强调场景的几何表示，是由场景的几何模型和景物的物理属性共同组成的。
计算机图形学的研究内容非常广泛，如图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法、非真实感绘制，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。
二、二维动画1、定义二维动画指的是使用现在流行的制作网站动画的FLASH软件，直接在电脑上编辑制作，相对与传统的二维动画效果上稍差一些，但速度上会加快，如果对动画质量要求不太高的情况下使用FLASH来制作二维动画还是很经济实惠的。
2、《千与千寻》影评在以往影片中宫崎骏的情景设置只为了一个目的达到建构一种作者所想象的美丽空间，大多是森林，例如风之谷中的森林，普拉达的自然景观，龙猫居住的大树和乡村美景等。
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二维动画中的运动路径设计
对象运动动画简单示例
例：点在(10,10)开始，中间以直线运动，经过10 步把它移动(110,110) ，则需要画点10 次，在x， y方向每次移动10 个象素。 for(i=10;i<=110;i=i+10) {putpixel(i,i,RED); delay(毫秒); putpixel(i+10,i+10,RED); putpixel(i,i,BLACK);}
6 OpenGL动画设计概述
OpenGL为动画设计提供了很好的支持，一 些很著名的3D游戏软件都使用OpenGL作为 渲染引擎 OpenGL提供了一些函数，支持图像和场景 的移动和旋转等操作，并支持图像的快速切 换输出。采用动画技术与前面所学的图形学 基本知识相互配合，可以使用户很轻易地创 建出动画效果
主要的动画技术－运动描述
------样条驱动技术
在实时动画中，计算机对输入的数据进行快速处 理，并在人眼察觉不到的时间内将结果随时显示出来 在实时动画中，如何表示运动呢？这就是运动描 述。 更复杂的运动一般要通过路径进行描述，这种动 画称之为路径动画。
用户先设计好物体的运动轨迹，然后指定物体沿该轨迹运动。 通常，物体的运动轨迹取三次样条曲线，并且由用户交互给出。 为了得到动画序列，必须对样条曲线等间隔采样，以求得物体 在每一帧的位置
《汤姆和杰瑞》 奥斯卡短片奖；
《美女与野兽》
计算机动画的应用领域
计算机动画提供了一个充分展示个人想像力和艺 术才能的新天地； 广泛应用于许多领域：
动画片制作、电视广播 广告、电影特技 教学演示 训练模拟 建筑场景漫游 产品模拟试验 电子游戏
计算机动画的应用领域
中期
传统动画的制作流程
前期
剧本 故事板（分镜头剧本） 美术设计 镜头设计稿
用镜头来讲故 事
中期 后期
传统动画的制作流程
前期
剧本 故事板（分镜头剧本） 美术设计 镜头设计稿
中期 后期
传统动画的制作流程
前期
剧本 故事板（分镜头剧本） 美术设计 镜头设计稿
过程动画
过程动画指的是动画中物体的 运动或变形用一个过程来描述。 在柔性物体的动画中，物体的 形变是任意的，可由动画师任 意控制；在过程动画中，物体 的变形则基于一定的数学模型 或物理规律。 最简单的过程动画是用一个数 学模型去控制物体的几何形状 和运动，如水波的运动；较复 杂的如包括物体的变形、弹性 理论、动力学、碰撞检测在内 的物体的运动。
广电行业
制作栏目的片头和卡通影片； 典型的有中央台新闻联播的片头动画； 电视虚拟演播人；
计算机动画的应用领域
教学演示：
利用三维动画技术的形象性，它已被用来解释复杂
的自然现象：小到简单的牛顿定律，大到复杂的狭 义相对论；
计算机动画的应用领域
飞行训练模拟：
计算机动画可以实时生成具有真实感的周围环境图象，
作人员从烦琐的劳动中解放出来。
关键帧的键帧的参数，
如位置、旋转角、纹理的参数等。
例如通过对运动参数插值，就可以实现对动画的运动控
制， 如物体的位置、方向、颜色等的变化，也可以对多个运 动参数进行组合插值。
一般的插值算法有两种方式： 线形插值实现平稳的过渡效果 非线性插值则可以实现某种特殊的加速度效果
《计算机图形学》课程
计算机动画
序
在过去几十年里，计算机动画一直是人们 研究的热点。
在全球的图形学盛会Siggraph上，几乎每 年都有计算机动画的论文和专题。 随着计算机图形学和硬件技术的高速发展， 可以用计算机生成高质量的图像，促使计 算机动画技术飞速地发展起来。
计算机动画
当前计算机动 画盛行
计算机动画的应用领域
产品模拟试验：
计算机辅助设计； 设计者能够使虚拟模型运动起来，检查只有制造过程
结束后才能验证的模型特征，如运动机构的协调性、 稳定性及干涉检查等；
计算机动画的应用领域
电子游戏：
计算机动画技术逐渐进入三维游戏行业； 使游戏图象质量及动作真实性均有了显著提高；
如机场、山脉和云彩等。 飞行员驾驶舱的舷舱成为计算机屏幕，飞行员的飞行 控制信息转化为数字信号直接输出到电脑程序，进而 模拟飞机的各种飞行特征。飞行员可以模拟驾驶飞机 进行起飞、着落、转身等操作。
计算机动画的应用领域
建筑场景漫游：
可观察建筑物的内、外部结构，而且可实现对
虚拟建筑场景的漫游； 利用合成技术来实现环境评估，评价建筑物对 周围环境的整体影响；
Frame4
Frame5
Frame6
Frame7
两盏小灯以缓慢的速率交替点亮和熄灭
以25－40毫秒的时间间隔交替点亮和熄灭
动画原理
● 早期的动画 ● 视觉效果
观看动画的机器1906
教学进程
动画的视觉原理
实验证明
画面刷新率为每秒24帧（画面停留40毫秒)左右，则人
眼看到的是连续的运动效果。
(8) 后期制作
4.3 三维动画的制作过程
在动画技术当中，最有魅力并应用最广的当然是三维动画。 因为我们的世界是立体的，只有三维才让我们感到更真实。 二维动画可以看成三维动画的一个分支，它的制作难度及 对电脑性能的要求都远远低于三维动画。 三维动画之所以被称作计算机生成动画，是因为参加动画 的对象不是简单地由外部输入的，而是根据三维数据在计 算机内部生成的，运动轨迹和动作的设计也是在三维空间 中考虑的。 计算机3D动画的制作过程主要有建模、编辑质材、贴图、 灯光、动画编辑和渲染几个步骤。
中期 后期
传统动画的制作流程
前期
剧本 故事板（分镜头剧本） 美术设计 镜头设计稿
中期 后期
剧本范例 传统动画的制作流程
日。繁华的马路边上的一家花店内。 老阎推门进来，面无表情。 店主在柜台后热情地问道：“欢迎光临！您 前期 需要什么花？ 剧本 老阎：“九十九朵玫瑰。” 故事板（分镜头剧本） 店主：“好！您稍等。” 美术设计 店主转向去选花。老阎站在那里，点着一根 烟，等待。 镜头设计稿店主把选好的玫瑰精心地包装起来，放在柜 台上，对老阎说：“九十九朵玫瑰，一共是 二百元。” 后期 老阎把烟掐掉，把手伸进自己的口袋去掏钱。 他呆了一下，又忙去其他口袋里摸钱，居然 钱包不见了。
中期 后期
造型、场景、道具、 服饰等的设计
传统动画的制作流程
前期
剧本 故事板（分镜头剧本） 美术设计 镜头设计稿
中期 后期
传统动画的制作流程
前期
剧本 故事板（分镜头剧本） 美术设计 镜头设计稿
中期 后期
详细和精确的 分镜头
传统动画的制作流程
左图显示一个被贴了标示物（白色小球）的演员在 场地中跑步，右图是Vicon370系统所采用的特殊红 外照相机，只捕捉白色标示物。
主要的动画技术－运动捕获技术
mocap设备
性能
10Hawk摄像头 每秒200帧 精度小于0.5mm
动作数据到3D人物模型的映射
照片的版权归相关的公司或者团体所有
电影放映的标准：每秒24帧的速率,能最有效地使运动
的画面连续流畅。
24帧的速率画面还有闪烁，要消除画面的闪烁感，刷
新率还要提高一倍。
动画原理
心理活动
心理似动现象； 心理活动对事务认知的
影响；
4 动画的制作流程
4.1 传统动画的制作流程
前期
剧本 故事板（分镜头剧本） 美术设计 镜头设计稿
三维动画的建模
三维动画的贴图
美国哥伦比亚电影公司联合制作的全计算机动画电影 《Final Fantasy：The Spirits Within》。其中的女主人 公的面部是用计算机动画技术制作的，其生动的3D 面部表情足以乱真
5 主要的动画技术
主要的动画技术－关键帧技术
实时动画(real-time) ：用算法来实现物体
前期
剧本 故事板（分镜头剧本） 美术设计 镜头设计稿
中期 后期
传统动画的制作流程
也叫动画设计，根 前期 据故事板来具体创 中期 作、设计动画 原画 摄影表 动画（中间画） 背景 后期
传统动画的制作流程
前期 中期 原画 摄影表 动画（中间画） 背景 后期
主要的动画技术－关节动画技术
关节结构由一系列刚体链在关节处连接而 成。
主要的动画技术－运动捕获技术
真实演员按导演的要求做动作 动作被转换为数字信息，通过感应器记录到计
算机中 计算机搜集这些数据后将信息传递到工作室， 然后结果被3D化，在计算机中以线条形式表现 出来，形成电影中角色的基础 增加皮肤和外壳之后，那些线条就成为虚拟角 色
传统动画的制作流程
前期 中期 原画 摄影表 动画（中间画） 背景 后期
传统动画的制作流程
前期 中期 后期
输入电脑 合成 编辑 输出
4.2 二维动画的制作过程
(1) 制作声音对白和背景音乐 (2) 制作关键画面
(3) 绘制动画画面
(4) 复制到胶片上 (5) 上色 (6) 核实检查动画画稿 (7) 拍摄电影胶片
1 什么是动画？
动态的产生一系列景物画面的技术； 其中当前画面是对前一幅画面某些部分作 的修改； 运动是动画的本质，动画是运动的艺术；